CH619430A5 - Process for the extraction of an aluminium sulphate from an impure solution containing it - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de précipitation d'un sulfate d'aluminium de formulé

A12(S04)3 • 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H2O

à partir d'une solution chaude résultant de l'attaque d'une matière alumineuse par une solution sulfurique et de l'élimination du résidu d'attaque.

On a décrit de nombreux procédés dans lesquels une matière alumineuse, par exemple une matière silicoalumineuse, est attaquée par une solution sulfurique. La solution chaude issue d'une telle attaque contient principalement du sulfate d'aluminium,

mais aussi de l'acide sulfurique libre en excès et d'autres sulfates métalliques tels que des sulfates de fer, de titane, et, éventuellement, de potassium, de sodium et/ou de magnésium, dont la nature et la quantité dépendent évidemment de la composition de la matière traitée et des conditions de l'attaque.

Pour l'extraction de l'élément aluminium à partir de telles solutions, on a proposé divers procédés dans lesquels l'aluminium est précipité sous la forme d'un sulfate ou sous la forme d'un chlorure qui peuvent être ensuite décomposés en vue de la production d'alumine ou vendus.

La littérature a fait mention de nombreux sulfates d'aluminium: sulfate neutre anhydre, sulfates neutres hydratés à 4, 6, 9, 12,16 ou 18 H20, sulfates basiques, sulfates acides divers, par exemple à 1 ou 'A H2SO4 et 12 H2O. (Voir par exemple «Journal of Metals», juillet 1966, p. 811-818, ou «Linke», 4e éd. Volume 1, Van Nostrand Company Inc. 1958, p. 206 et suiv.).

Certains auteurs doutent de l'existence de certains de ces sulfates, car, d'une façon générale, leur cristallisation est lente et leur filtrabilité médiocre; le gâteau qui résulte de leur séparation, même par filtration, est imprégné d'une quantité importante d'eaux mères qui rendent les analyses incertaines, même après lavage. Quand l'on passe d'une solution pure à une solution industrielle qui, comme il vient d'être dit, contient d'autres sulfates dissous, la présence d'une quantité importante d'eaux mères a, outre les difficultés de séparation qu'elle entraîne, l'inconvénient de laisser dans la masse solide séparée des quantités non désirées de sulfates métalliques dont certains exigent des opérations complexes ou coûteuses, pour être ultérieurement complètement séparés du sulfate d'aluminium. En fait, cette séparation est difficilement totale: elle nécessite, la plupart du temps, de nombreuses opérations successives pour parvenir à une alumine suffisamment pure pour les usages métallurgiques.

La présente invention vise à fournir un procédé pour faire précipiter un sulfate d'aluminium bien cristallisé susceptible de donner, lors de sa séparation des eaux mères, un gâteau contenant relativement peu d'eaux mères et facilement lavable. La titulaire a constaté que le sulfate de formule

A12(S04)3 • 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H2O

pouvait convenir à ce but. Sa précipitation nécessite des conditions bien définies qui, en particulier, évitent la précipitation d'autres sulfates d'aluminium. Les difficultés rencontrées pour éviter une telle précipitation simultanée non désirée d'autres sulfates d'aluminium sont grandes, car certains domaines de précipitation sont voisins, il existe des équilibres métastables et de nombreux états de sursaturation, et les vitesses de précipitation de chacun des divers sulfates possibles, surtout à partir de solutions sursaturées, sont différentes, ce qui contribue à la précipitation simultanée de plusieurs sulfates dont le mélange est difficilement filtrable et lavable.

Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit ladite solution dans le premier d'au moins deux cristallisoirs à une température au moins égale à celle de ce premier cristallisoir, sa composition étant telle que, portée à la température dudit cristallisoir, elle se trouve en état de sursaturation et que le point figuratif de sa composition sur un diagramme portant en abscisses le pourcentage en H2SO4 libre et en ordonnées le pourcentage en AI2O3 se trouve à l'intérieur d'un triangle dont un sommet A est le point représentatif du sulfate précipité et dont les autres sommets B et C ont respectivement pour abscisses 39 et 56% et pour ordonnées 1 et 0,5%, en ce que l'on maintient ce premier cristallisoir à une température au plus égale à 80° C, en ce que l'on fait circuler la suspension d'un cristallisoir à l'autre, chaque cristallisoir étant maintenu à une température inférieure à celle du précédent, la température du dernier cristallisoir étant au moins égale à 15°C, et en ce que l'on sépare les cristaux de la solution.

Il est à noter que les coordonnées des sommets B et C du triangle ABC qui vient d'être défini peuvent être légèrement modifiées par la présence dans la solution d'autres sulfates que le sulfate d'aluminium.

La composition de la solution à traiter peut être amenée à l'intérieur du domaine précédemment défini par tout moyen connu en soi tel que: évaporation, addition d'eau, addition d'acide sulfurique.

Il est avantageux de laver les cristaux séparés de la solution résiduelle.

Il a été dit que l'on recherche, dans chaque cristallisoir, l'obtention d'une concentration en sulfate d'aluminium en solution proche de l'équilibre statique à la température de ce cristallisoir. Par équilibre statique, on entend la concentration qui serait atteinte au bout d'un très long temps de séjour, et au-dessous de laquelle la cristallisation ne se poursuit pas. Du fait de la circulation de la suspension, il s'établit une composition des eaux mères que, selon l'invention, on maintient proche de l'équilibre statique, afin d'éviter la précipitation d'autres types de sulfates d'aluminium. Pour obtenir la proximité désirée, on joue sur le temps de séjour dans chaque cristallisoir et sur sa température.

On utilise en général plusieurs cristallisoirs successifs dont les températures peuvent s'échelonner entre 80 et 15° C. Pour une même liqueur de départ, la quantité totale de sulfate d'aluminium cristallisée est d'autant plus importante que la température du dernier cristallisoir est plus basse. Cependant, on peut préférer ne pas descendre au-dessous de 30 à 40° C, pour éviter les inconvé5

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nients des températures plus basses, en particulier ceux dus à l'augmentation de la viscosité de la phase liquide de la suspension, qui entraîne une augmentation de la proportion d'eaux mères dans le gâteau séparé lors de la filtration de la suspension finale.

Le nombre et le volume des cristallisoirs sont choisis pour un débit donné en fonction de la vitesse de cristallisation du sulfate

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à chaque température et du degré de proximité désiré à chaque température entre la concentration en sulfate d'aluminium de la phase liquide de la suspension présente dans un cristallisoir et la concentration correspondant à l'équilibre statique à la température de ce cristallisoir. On peut, pour cela, utiliser des cristallisoirs de volumes différents avec des écarts de température identiques entre les cristallisoirs successifs; le temps de séjour est alors différent de l'un à l'autre. Pour des raisons technologiques, il est en général préféré d'utiliser des cristallisoirs successifs de même volume; dans ces conditions, on obtient une meilleure productivité, pour un temps de séjour global donné, en choisissant des écarts de température voisins entre un cristallisoir et le cristallisoir suivant. La teneur en AI2O3 sous forme de sulfate d'aluminium pour chacune des phases liquides est, comme il a été dit, proche de celle qui correspond à l'équilibre statique dans les conditions où se trouve cette phase. Par exemple, entre 40 et 60° C, on préférera que la teneur en AI2O3 d'une phase liquide ne dépasse pas de plus de 0,7% la teneur qui correspond à l'équilibre statique; à 70° C, on préférera que cet écart ne dépasse pas 1,3%.

Il peut être avantageux de recycler des cristaux, à titre d'amorces, principalement dans le premier cristallisoir; un tel recyclage ne présente en général pas d'intérêt pratique pour les cristallisoirs suivants qui reçoivent une suspension.

Les avantages d'opérer suivant les conditions qui viennent d'être définies apparaîtront sans ambiguïté, si l'on considère les figures jointes qui représentent à l'échelle indiquée les masses cristallines obtenues, dans le cas de la fig. 1, en faisant cristalliser par refroidissement, sans précautions particulières, une solution de sulfate d'aluminium dont la composition se trouvait à l'intérieur du triangle ABC défini ci-dessus, et, dans le cas de la fig. 2, en traitant selon le présent procédé une solution de sulfate d'aluminium de composition voisine de la précédente. Il est clair qu'on obtient, dans le cas de la fig. 1, un mélange de différentes espèces cristallines, très enchevêtré et difficilement filtrable, dans le cas de la fig. 2, des cristaux de même espèce, correctement formés et facilement filtrables.

A titre d'exemple, on disposait d'une solution de composition :

Sulfates de :

Al (exprimé en AI2O3) 6,88%

Fe (exprimés en Fe203) 0,195%

5 Na (exprimé en Na2Û) 1,5%

Ti (exprimé en TÌO2) 0,113%

K (exprimé en K20) 1 %

H2SO4 non combiné 29,7%

à la température de 120°C.

La température de cette solution a été ramenée à 78° C par évaporation sous vide, entraînant le départ de 55 g d'eau pour 1000 g de solution initiale. Après cette concentration, ses teneurs en H2SO4 libre et AI2O3 lui donnaient, dans un diagramme H2SO4 libre/AI2O3, un point figuratif ayant comme abscisse 15 31,5% et comme ordonnée 7,2%.

On disposait, d'autre part, d'une série de quatre cristallisoirs de volume unitaire 3500 1 à double paroi, munis d'un dispositif d'agitation mécanique et disposés en cascade l'un par rapport à l'autre, le trop-plein de l'un s'écoulant dans le suivant. 20 La solution à 78° C était introduite à raison de 10561/h en continu dans le premier cristallisoir qui était maintenu à la température de 70° C. Il se formait une suspension d'Al2(S04)3 • 0,5 H2SO4 - 11 à 12 H20.

Après un temps moyen de séjour de 3 h, la suspension s'écoulait dans le second cristallisoir maintenu à la température de 60° C. La cristallisation se poursuivait avec un temps de séjour moyen de 3 h. Par débordement, la suspension s'écoulait dans le troisième cristallisoir dont la température était maintenue à 50° C. Le temps de séjour dans ce cristallisoir était de 3 h. Par débordement, la suspension s'écoulait dans un quatrième cristallisoir dont la température était maintenue à 40° C. A la sortie de ce dernier cristallisoir, la suspension était dirigée sur un filtre rotatif. On recueillait 760 kg/h d'un gâteau comprenant 145 kg/h d'eaux ^ mères et 615 kg/h de cristaux ayant la composition

A12(S04)3 • 0,5 H2S04 • 11,5 à 12,5 H20

que l'on a pu laver facilement. Ces cristaux, analogues à ceux de la fig. 2, avaient des teneurs très faibles en impuretés sous forme de sulfates de :

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Fe (exprimés en Fe203) 0,0089%

Na (exprimé en Na20) 0,2%

K (exprimé en K20) 0,1 %

Ti (exprimé en TÌO2) 0,07%.

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1 feuille dessins

Claims (2)

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1. Procédé de précipitation d'un sulfate d'aluminium de formule

A12(S04)3 ■ 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H2O

à partir d'une solution chaude résultant de l'attaque d'une matière alumineuse par une solution sulfurique et de l'élimination du résidu d'attaque, caractérisé en ce que l'on introduit ladite solution dans le premier d'au moins deux cristallisoirs à une température au moins égale à celle de ce premier cristallisoir, sa composition étant telle que, portée à la température dudit cristallisoir, elle se trouve en état de sursaturation et que le point figuratif de sa composition sur un diagramme portant en abscisses le pourcentage en H2SO4 libre et en ordonnées le pourcentage en AI2O3 se trouve à l'intérieur d'un triangle dont un sommet A est le point représentatif du sulfate précité et dont les autres sommets B et C ont respectivement pour abscisses 39 et 56% et pour ordonnées 1 et 0,5%, en ce que l'on maintient ce premier cristallisoir à une température au plus égale à 80° C, en ce que l'on fait circuler la suspension d'un cristallisoir à l'autre, chaque cristallisoir étant maintenu à une température inférieure à celle du précédent, la température du dernier cristallisoir étant au moins égale à 15°C, et en ce que l'on sépare les cristaux de la solution.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température du dernier cristallisoir est comprise entre 30 et 40° C.